成果简介
近年来，可穿戴传感技术因其易用性、功能性和经济性而得到快速发展。然而，电子元件中的热积累和电磁干扰会对传感性能产生不利影响，并严重损害人体健康。本文，北京化工大学 杨丹等研究人员在《 Advanced Functional Materials》期刊发表名为“Human Nervous System Inspired Modified Graphene Nanoplatelets/Cellulose Nanofibers-Based Wearable Sensors with Superior Thermal Management and Electromagnetic Interference Shielding”的论文，研究以纤维素纳米纤维（CNFs）为模板，通过简单的静电自组装方法，在其表面涂覆单宁酸非共价和 3-aminopropyltriethoxysilane 共价修饰的石墨烯纳米颗粒（简称 mGNPs），制备了具有高导热性（TC）和优异电磁干扰（EMI）屏蔽性能的纤维素纳米纤维（CNFs）基复合材料。
随后的热压工艺可使mGNPs在CNFs基复合材料中有序分层，mGNPs沿取向分布并与 CNFs 紧密接触，这种方式与人体神经系统类似。由此产生的 CNFs 基复合材料具有 136.2 W/(m-K) 的高TC值和105dB 的卓越EMI屏蔽效果。因此，它们可用作基于三电效应的可穿戴传感器，实时监测人体健康状况，并通过摩斯密码表达情感。总之，所提出的策略为延长柔性可穿戴传感器的使用寿命并确保其安全使用提供了一条途径，有望在未来的医疗保健和智能机器人领域大显身手。
图文导读
图1、CNF/G复合材料的制备及功能示意图
图2、mGNPs的微观结构和性质
图3、CNF/G复合材料的微观结构和力学性能
图4、CNF/G复合材料的热性能
图5、CNF/G复合材料的EMI屏蔽性能。
图6、基于CNF/G28复合材料的TENG的结构和输出性能
图7、CNF/G28复合材料在TENG应用
小结
受人体神经系统的启发，通过一种简单的静电自组装方法和随后的热压工艺，成功制备出了具有优异TC和EMI SE的CNFs基复合材料。由于mGNPs和 CNFs之间的相互作用（包括氢键和静电作用），制备出的TA非共价和 APTS 共价共修饰 GNPs 被用作填料，从而在 CNFs 基复合材料中形成有序的分层结构。所得到的CNF/G28复合材料的致密互连填料网络系统显示出 136.2 W/(m-K) 的面内 TC 值和105dB的高 EMI SE值，同时还具有出色的拉伸强度和焦耳加热温度，分别为 39.88 MPa和141.1 °C。将CNF/G28复合材料用作单电极模式 TENG，具有传感范围广、响应/恢复时间快的特点，可形成一个方便的人机接口系统，通过摩尔斯电码实时监测人的动作和情绪表达。更重要的是，基于CNF/G28复合材料的 TENG 在 2400 次接触分离循环中几乎保持稳定，显示了作为可穿戴电子设备长期运行的稳定性能。总之，所提出的方法在构建用于人体健康监测和人机交互的可穿戴传感器方面大有可为。
文献：https://doi.org/10.1002/adfm.202315851
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